DE102018207831A1

DE102018207831A1 - Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018207831A1
Application number: DE102018207831.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Schwarz; Bodo Durst
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-11-21

Abstract

Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang, in dem die Abgasreinigungsanlage angeordnet ist, wobei die Abgasreinigungsanlage in Wabenkörperbauform mit einer Vielzahl von zueinander parallelen und weitgehend gerade verlaufenden, von einem Abgas der Brennkraftmaschine durchströmbaren Strömungskanälen aufgebaut ist, wobei die direkt benachbarten Strömungskanäle durch poröse, gasdurchlässige Wände voneinander getrennt sind und wobei zumindest an einer Gasaustrittsstirnseite eine Vielzahl von Strömungskanälen, die nicht direkt benachbart sind, von einem ersten Verschlussstopfen verschlossen sind, wobei die nicht gasaustrittsstirnseitig verschlossenen Strömungskanäle zwischen 10 % und 90% einer Länge der Abgasreinigungsanlage in Strömungsrichtung des Abgases nach einer Gaseintrittsstirnseite von einem zweiten Verschlussstopfen verschlossen sind.Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird die Rußfiltration der Abgasreinigungsanlage deutlich verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Europäische Patentschrift EP 1 433 519 B1 hingewiesen. Aus dieser Patentschrift ist ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelfilters mit einer NO_x-Speicherkatalysatorfunktion zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Partikelfilter weist in Strömungsrichtung des Abgases einen von einer Vielzahl von Kanälen durchgezogenen Träger auf, dessen Kanäle wechselseitig verschlossen sind. Die Kanalwände weisen eine vorgegebene Porosität zum Durchtritt des Abgases von einem zur Abgaseintrittsrichtung offenen Kanal in einen zur Abgasaustrittsrichtung offenen Kanal auf. Die NO_x-Speicherfunktion des Partikelfilters erfolgt durch die Tränkung der ausgangsseitigen Kanäle des Trägers mit einer wässrigen Lösung aus einer NO_x-Speicherkomponente und Edelmetallsalz. Die Polarität der Tränkungslösung wird durch Zumischung und die Polarität herabsetzender organischer Moleküle herabgesetzt, so dass der NO_x-Speicherkatalysator, bestehend aus der NO_x-Speicherkomponente und der Katalysatorkomponente, in der Oberfläche der Kanalwände und deren Poren angeordnet ist.
Weiter ist aus der Internationalen Patentanmeldung mit der Internationalen Veröffentlichungsnummer WO 2011/044967 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines zur Ausfilterung von im Abgas von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren enthaltenen Partikeln vorgesehenen Partikelfilter bekannt. Bei dem Partikelfilter wird bei einem Neuzustand ein Konditionierschritt derart durchgeführt, dass der Abscheidegrad des Partikelfilters für Partikel gegenüber dem im Neuzustand vorhandenen Wert erhöht wird.
Mit diesem bekannten Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters wird die Anfangsfiltration eines Partikelfilters im Neuzustand deutlich verbessert.
Weiter sind aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 196 18 753 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, eine Abgasreinigungsanlage sowie ein Verfahren zum Reinigen derselben bekannt. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Abgasreinigungsanlage im Abgastrakt von Selbstzündmotoren bekannt, wobei die Gasführungskanäle des Filters der Abgasreinigungsanlage zur Reinigung an den jeweiligen Stirnseiten derart verschlossen sind, dass die Abgase innerhalb des Filters durch die Gasführungskanäle diffundieren. Weiter ist der Filter mittels der Abgase und/oder einer Fremdheizung reinigbar, wobei die Diffusionsrichtung der Abgase durch die Gasführungskanäle unter Beibehaltung der ganzheitlichen Normalstromrichtung der Abgase durch den Filter und dessen Stirnseiten abwechselnd innerhalb des Filters umkehrbar ist. Dies erfolgt mit stirnseitigen, verschiebbaren Blenden, die die Gasführungskanäle wechselseitig öffnen und verschließen.
Nachteilig an dieser bekannten Abgasreinigungsanlage sind die beweglichen Blenden, die im Abgasstrang versotten können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasreinigungsanlage aufzuzeigen, die sowohl bei Inbetriebnahme ein gutes Filtrationsvermögen für Partikel aufweist als auch langezeitstabil ist, d. h. über die Lebensdauer so gut wie keine Filtrationsverluste aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine, die fremd gezündet oder selbstzündend sein kann, ist die Anfangsfiltration nach einer Inbetriebnahme der Abgasreinigungsanlage gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert. Darüber hinaus wird in vorteilhafter Weise eine deutlich verbesserte Langzeitstabilität der Filtration von Partikeln erreicht, da das Abgas beim Durchströmen der Abgasreinigungsanlage mehrfach durch die gasdurchlässigen Wände strömen muss, wobei die Partikel aus dem Abgas gefiltert werden.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 verbessert nochmals den Filtrationsgrad und die Langzeithaltbarkeit.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 erhöht zwar in nachteiliger Weise den Abgasgegendruck leicht, jedoch wird der Filtrationsgrad nochmals erhöht.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert.

1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage.
2 zeigt einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage.
3 zeigt nochmals das Ausführungsbeispiel aus 2, jedoch mit eingelagerter Asche.

1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage 1. Die Abgasreinigungsanlage ist für den Verbau in einem Abgasstrang einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine gedacht, die fremd gezündet oder selbstzündend sein kann.
Eine Länge der Abgasreinigungsanlage 1 ist mit L eingezeichnet. Die Abgasreinigungsanlage 1 ist in dreidimensionaler Wabenkörperbauform mit einer Vielzahl von zueinander parallelen und weitgehend gerade verlaufenden, von einem Abgas der Brennkraftmaschine durchströmbaren Strömungskanälen 2 aufgebaut. Von der Vielzahl der Strömungskanäle sind nur vier mit 2 beziffert. Die direkt benachbarten Strömungskanäle 2 sind durch poröse, gasdurchlässige Wände 3 voneinander getrennt, von denen nur zwei beziffert sind. Ebenso sind nur zwei der Wände mit 3 beziffert. An einer Gasaustrittsstirnseite 4 sind eine Vielzahl von Strömungskanälen 2, die nicht direkt benachbart sind, von einem ersten Verschlussstopfen 5 verschlossen. In 1 ist jeder zweite Strömungskanal 2 von einem ersten Verschlussstopfen 5 verschlossen, wobei nur zwei erste Verschlussstopfen mit 5 beziffert sind. Ein durch die Abgasreinigungsanlage 1 strömendes Abgas ist mit einem Pfeil, der die Wände 3 dringt, dargestellt. Auf einer Gaseintrittsstirnseite 6 ist eine Einströmrichtung des Abgases mit einem dicken Pfeil dargestellt.
Erfindungsgemäß sind die nicht gasaustrittsstirnseitig verschlossenen Strömungskanäle 2 zwischen 10 % und 90 % einer Länge L der Abgasreinigungsanlage 1 in der Strömungsrichtung des Abgases nach einer Gaseintrittsstirnseite 6 von einem zweiten Verschlussstopfen 7 verschlossen, von denen nur einer beziffert ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befinden sich die zweiten Verschlussstopfen 7 in etwa mittig in der Abgasreinigungsanlage 1. In diesem Ausführungsbeispiel sind die zweiten Verschlussstopfen 7 etwa 50 % der Länge L von der Gaseintrittsstirnseite 6 entfernt. Eine an den ersten und zweiten Verschlussstopfen 5, 7, abgelagerte Asche ist dunkel eingezeichnet.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird das Abgas gezwungen, zumindest zwei Wände 3 zu durchdringen, wodurch ein deutlich erhöhter Reinigungseffekt von Partikeln, insbesondere Rußpartikel, die sich im Abgas befinden, erzielt wird. D. h. der Filtrationsgrad ist ab der Inbetriebnahme sehr hoch.
2 zeigt einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage 1. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel sind die zweiten Verschlussstopfen 7 etwa 65 % der Länge L von der Gaseintrittsstirnseite 6 entfernt. Zusätzlich sind die gasaustrittsstirnseitig verschlossenen Kanäle 2 zwischen 10 % und 90 %, im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 30 %, der Länge der Abgasreinigungsanlage 1 in Strömungsrichtung des Abgases nach der Gaseintrittsstirnseite 6 von einem dritten Verschlussstopfen 8 verschlossen. In 2 ist wiederum nur ein einziger Verschlussstopfen 8 beziffert.
Des Weiteren sind in 2 die nicht gasaustrittsstirnseitig verschlossenen Strömungskanäle 2 gaseintrittsstirnseitig von einem vierten Verschlussstopfen 9 verschlossen. Auch von dem vierten Verschlussstopfen 9 ist nur ein einziger beziffert.
Durch die in 2 dargestellten, zusätzlichen Verschlussstopfen 7, 8, 9 wird der Filtrationsgrad der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage 1 für Partikel nochmals wesentlich erhöht. Darüber hinaus wird die Langzeitstabilität der Abgasreinigungsanlage 1 deutlich verbessert.
3 zeigt nochmals den gleichen Schnitt wie 2, jedoch mit eingelagerter Asche.
Bezugszeichenliste

1.: Abgasreinigungsanlage
2.: Strömungskanäle
3.: Wand
4.: Gasaustrittsstirnseite
5.: erster Verschlussstopfen
6.: Gaseintrittsstirnseite
7.: zweiter Verschlussstopfen
8.: dritter Verschlussstopfen
9.: vierter Verschlussstopfen
L: Länge Abgasreinigungsanlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1433519 B1 [0002]
WO 2011/044967 A1 [0003]
DE 19618753 A1 [0005]

Claims

Abgasreinigungsanlage (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang, in dem die Abgasreinigungsanlage (1) angeordnet ist, wobei die Abgasreinigungsanlage (1) in Wabenkörperbauform mit einer Vielzahl von zueinander parallelen und weitgehend gerade verlaufenden, von einem Abgas der Brennkraftmaschine durchströmbaren Strömungskanälen (2) aufgebaut ist, wobei die direkt benachbarten Strömungskanäle (2) durch poröse, gasdurchlässige Wände (3) voneinander getrennt sind und wobei zumindest an einer Gasaustrittsstirnseite (4) eine Vielzahl von Strömungskanälen (2), die nicht direkt benachbart sind, von einem ersten Verschlussstopfen (5) verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht gasaustrittsstirnseitig verschlossenen Strömungskanäle (2) zwischen 10 % und 90% einer Länge (L) der Abgasreinigungsanlage (1) in Strömungsrichtung des Abgases nach einer Gaseintrittsstirnseite (6) von einem zweiten Verschlussstopfen (7) verschlossen sind.
Abgasreinigungsanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gasaustrittsstirnseitig verschlossenen Strömungskanäle (2) zwischen 10 % und 90% einer Länge der Abgasreinigungsanlage (1) in Strömungsrichtung des Abgases nach der Gaseintrittsstirnseite (6) von einem dritten Verschlussstopfen (8) verschlossen sind.
Abgasreinigungsanlage nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht gasaustrittsstirnseitig verschlossenen Strömungskanäle (2) gaseintrittsstirnseitig von einem vierten Verschlussstopfen (9) verschlossen sind.